科學家展示無標記超解析度顯微技術

研究人員開發了一種新的測量和成像方法，可以解析小于光衍射極限的奈米結構。光與標本相互作用後，新技術可測量光強度以及光場中編碼的其他參數。

圖片來源：約爾格·S·艾斯曼/奧地利格拉茨大學 

來自奧地利格拉茨大學的研究人員近日開發了一種新的測量和成像方法，可在不需要任何染料或標簽的情況下解析小于光衍射極限的奈米結構。這種鐳射掃描顯微鏡新方法彌補了傳統顯微鏡和超解析度技術之間的差距，有朝一日或可被用來觀察複雜樣品的精細特徵。

在國際光學出版集團的高影響力期刊《光學》上描述的這種新方法，是對鐳射掃描顯微鏡的改進，它使用強聚焦鐳射束照射標本。研究人員擴展了這項技術，不僅可以測量光與被研究標本相互作用後的亮度或強度，還可以檢測光場中編碼的其他參數。

“我們的方法可幫助擴展用於研究各種樣品中奈米結構的顯微工具箱。”研究小組組長彼得·班澤説，“與基於類似掃描方法的超解析度技術相比，我們的方法是完全非侵入性的，這意味著它不需要在成像前向標本中注入任何熒光分子。”

研究表明，新方法可測量金奈米顆粒的位置和大小，精度為幾奈米，即使在多個顆粒接觸的情況下也可做到。

在鐳射掃描顯微鏡中，光束在樣品上掃描，並測量來自樣品的透射光、反射光或散射光。大多數顯微方法測量來自樣品的光強度或亮度，但大量資訊存儲在光的其他特性中，例如它的相位、偏振和散射角。為了捕捉這些額外資訊，研究人員檢查了強度和偏振資訊的空間解析度。

研究人員表示，光的相位、偏振和強度，在空間上都會發生變化，這種變化方式包含了與之相互作用的樣品細節，然而，如果只在相互作用後測量總體光功率，那麼大部分資訊都會被忽略。

研究人員研究了含有不同大小的金屬奈米顆粒的簡單樣品，通過掃描感興趣的區域，然後記錄傳輸光的偏振和角度分辨圖像展示了這種新方法。他們使用一種演算法對測量數據進行評估，該演算法創建了一個粒子模型，模型可自動調整，以盡可能精確地模擬測量數據。

班澤説，儘管這些顆粒及其距離比許多顯微鏡的解析度極限要小得多，但新方法能夠解決這一問題。更重要的是，該演算法能夠提供有關標本的其他參數，如顆粒的精確大小和位置。